此文档是作为张占松高级开关电源设计之后的强化培训，基于计划安排，由申工讲解了变压器设计之后，在此文章中简单带过变压器设计原理，重点讲解电路工作原理和设计过程中关键器件计算与选型。

　　开关电源按照拓扑分很多类型：buck boost 正激 反激 半桥 全桥 LLC 等等，但是从本质上区分，开关电源只有两种工作方式：正激：是开关管开通时传输能量，反激：开关管关断时传输能量。

　　反激又被称为隔离buck-boost 电路。基本工作原理：开关管打开时变压器存储能量，开关管关断时释放存储的能量

　　此类反激电源缺点：功率较小，一般在150w 以下，纹波较大，电压负载调整率低，一般大于5%。

　　为了更清楚了解设计中详细计算过程，我们将以220VAC-380VAC 输入，+5V±3%（5A），±15±5%（0.5A）三路共地输出反激电源为例讲解设计过程。

　　反激电源功率只有40W 又属于多路输出，+5V±3%，纹波±150mV，±15±5%。5V 要求精度高，所以5v 作为电源主反馈。考虑到5V 对±15V 的交叉控制能力，开关电源选用断续模式（DCM）。

　　●MOV1，MOV2 ，MOV3 为压敏电阻，用来吸收雷击的浪涌电压，保护后面的电路，是防雷单元的主要元件。

　　●加入保险丝F2，F3，以及气体放电管FDG 的其主要是安全要求，因为压敏电阻的失效模式特点，在遭受雷击或长时间老化后，压敏电阻电压等级会降低，有可能低于电网电压，导致其功耗变大甚至短路，加入保险以及气体放电管，保证压敏出现故障不会造成短路。

　　●保险丝F1 一方面是保护后面电路出现故障时断开，另一方面，它也有防雷效果，在遭受雷击时，会有浪涌电流涌入MOV3，有可能导致保险F1 断开，但是如果想要有抗雷击效果，需要使用快速保险。

　　由于开关电源工作在高频状态及其高di/dt 和高dv/dt，使开关电源存在非常突出的缺点——容易产生比较强的电磁干扰(EMI)信号。其EMI 信号不但具有很宽的频率范围，还具有一定的幅度，经传导和辐射会污染电磁环境，对通信设备和电子产品造成干扰。设计EMI 电路是为了抑制开关电源工作产生的辐射及传导干扰对电网的影响。

　　●EMI 电路中：C1、L1、C2、C3，C4 组成的双π型滤波网络，C1，C4 为X 电容，滤除差模干扰，C2，C3 为Y2 电容，滤除共模干扰。其中L1 为共模电感，能够抑制共模信号。L1 的漏感为差模电感，抑制高频差模信号。C7 为Y2 电容，其在整流桥电流换向时，整流桥断开，输入与滤波电容完全隔开，滤波电容以后处于悬浮状态，所以加入电容C7，在整流桥换向过程中抑制EMI。

　　●EMI 电路对电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。

　　●R1，R2 是安规要求,其主要作用是为了给X 电容放电。需要在较短的时间内将X 电容的电压降低到安全电压一下。

　　●当电源开启瞬间，要对 C5 充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1 电阻上，一定时间后温度升高后RT1 阻值减小（RT1 是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。

　　●交流电压经BRG1 整流后，经C5 滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5 容量变小，输出的交流纹波将增大，所以选着合适的C5 对于系统稳定非常重要。

　　●经验选取：一般没有PFC 的380VAC 开关电源C5 按照1.5-2.5uF/w 来选。按照这个标准可以满足绝大部分电源滤波要求。具体不同要根据环境温度，温度高电容要取大一些。

　　●电容C6 为一高频薄膜电容，它在整流桥换向时提供能量和回路，对电源传导干扰有明显抑制作用。

　　以上元器件参数不是计算得到的，而是进行了EMI 整改和雷击实验的时候确定最终参数。对于电容C5 可以选择100uf/350V 电解电容串联。对于上一部分设计，我们公司一般都是直流母线 选取可以小一些。

　　功率变换是设计的关键部分，其设计过程主要包括功率元件选择和开关变压器设计，其中开关变压器设计是开关电源设计工作中最重要的部分，其设计的结果直接决定了开关电源的性能，本文主要讲解电路原理。

　　●铁芯 ：有许多厂家的铁芯可被用作反激变压器。下面的材料适合使用：PC40 或PC44 3C85、3C90 或 3F3 。反激变压器一般用 E 形磁芯，原因是它成本低、易使用。类型磁芯如 EF、EFD、ETD、EER 和 EI 应用在有高度等特殊要求的场合。RM、.toroid 和罐形磁芯由于安全绝缘要求的原因不适合使用。低外形设计时EFD 较好，大功率设计时 ETD 较好，多路输出设计时 EER 较好。

　　●骨架 ：对骨架的主要要求是确保满足安全爬电距离，初、次级穿过磁芯的引脚距离，要求以及初、次级绕组面积距离的要求。骨架要用能承受焊接温度的材料制作。

　　●绝缘胶带 ：聚酯和聚酯薄膜是用作绝缘胶带最常用的形式，它能定做成所需的基本绝缘宽度或初、次级全绝缘宽度。边沿胶带通常较厚少数几层就能达到要求，它通常是聚酯胶带。

　　老的资料上介绍的铁氧体参数已经不准确了，现在铁氧体饱和可以做到3500GS 以上，部分铁氧体材质可以做到4700GS,因此变压器磁芯选择可以通过.

　　为了减小变压器的漏感,建议采取三文治绕法,而且采取该绕法的电源 EMI 性能比较好，另外变压器中具体的安规问题参见公司安规标准。

　　UC3844 是一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片，由该集成电路构成的开关稳压电源与一般的电压控制型脉宽调制开关稳压电源相比具有外围电路简单、电压调整率好、频响特性好、稳定幅度大、具有过流限制、过压保护和欠压锁定等优点。该芯片的主要功能有：内

　　部采用精度为±2．0％的基准电压为5.00V，具有很高的温度稳定性和较低的噪声等级；振荡器的最高振荡频率可达500kHz。内部振荡器的频率同脚8 与脚4 间电阻Rt、脚4 的接地电容Ct 决定。其内部带锁定的PWM(Pulse Width Modulation)，可以实现逐个脉冲的电流限制；具有图腾柱输出，能提供达1A 的电流直接驱动MOSFET 功率管。

　　UC3844 的脚8 与脚4 间电阻R6 及脚4 的接地电容C42 决定了芯片内部的振荡频率，大多数电源设计人员认为芯片振荡只要频率对了就可以，其实不然。设计芯片振荡RC 的值还跟最大占空比有关。此电源选取100K 为开关频率，对应100K 有很多种R 和C 可以满足要求，但是不同RC 对应的最大占空比不同。综合考虑选取R=15K、C=500pF，保证了频率是100K 同时最大占空比设计在45%以上。

　　细节：由于UC3844 内部有个分频器，所以驱动MOSFET 功率开关管的方波频率为芯片内部振荡频率的一半。

　　其中R5、R8 选择对于启动过冲，最大输出功率（最大占空比），以及过功率保护有重要影响。分析框图可知，VFB 引脚接地，则COMP 引脚会输出1mA 电流（有的公司芯片会在2-3mA）。TL431 最小工作电流1mA，则流过光耦的最小电流由R8 决定。也就是说光耦最小电流可以从0-1mA 变化，按照光耦传输比300%计算，则光耦输出端可以吸纳3mA 电流，即流过R5 的电流可以设计为最小2mA，这样就限制了COMP 电压最高值，也就限制了电流采样电阻最大电流。设计时需要跟采样电阻配合设计。我们公司有一些标准参数可以满足反激电源要求；R8=2K, R5=1K。

　　当输出电压升高时，经两电阻R12、R10 分压后接到TL431 的参考输入端(误差放大器的反向输入端)的电压升高，与TL431 内部的基准参考电压2.5 V 作比较，使得TL431 阴阳极间电压Vka 降低，进而光耦二极管的电流If 变大，于是光耦集射极动态电阻变小，集射极间电压变低，也即UC3844 的脚1 的电平变低，经过内部电流检测比较器与电流采样电压进行比较后输出变高，PWM 锁存器复位，或非门输出变低，于是关断开关管，使得脉冲变窄，缩短MOSFET 功率管的导通时间，于是传输到次级线圈和自馈线圈的能量减小，使输出电压Vo 降低。反之亦然，总的效果是令输出电压保持恒定，不受电网电压或负载变化的影响，达到了实现输出闭环控制的目的。

　　注意：设计中R68、C41 对启动过冲影响：加入R68 与C41 可以在反馈环路中引入一个零点，该零点可以引入相位超前量，使得系统对过冲反映更快，进而减小过冲。

　　图3 为启动及辅助供电电路，其功能是实现电源芯片自启动供电和正常工作供电。为了安全我此电源带有短路保护电路（Q15,C101,R71,R7,R73），延长短路时打嗝保护时间，提高短路保护效果。

　　此开关电源选用UC38C44，启动供电由R3、R1、R2、R4 四个启动电阻和C2，C3 组成，在电源完成启动前由启动电阻和电容给电源控制芯片UC3844 供电。

　　2、串联启动电阻耐压之和要大于母线vdc，所以启动电阻散热功率一般贴片1210 封装耐压200V，鉴于耐压和散热考虑选用R3、R1、R2、R4 串联来满足耐压和功率需求。

　　3、最大输入电压下537VDC，串联启动电阻的温升不得超过测试规范（40 摄氏度）。启动电阻体积比较小，摆放位置首先要满足远离发热元件，其次再考虑走线问题，（启动电阻走线不必考虑电磁干扰问题）。

　　当电源启动以后，控制芯片UC3844 供电改由辅助供电电路提供。该电路在变压器辅助绕组取电，经过D1 整流和由R7、C2、C3 组成的RC 滤波器滤波后供芯片使用。其中R7 取值对于电路调试很关键，会影响电源启动和芯片工作电压，R7、C2 选取原则：RC 滤波器时间常数大于开关周期10 倍，小于C2 维持时间的一半。另外C2 选取一般还要满足最低母线电压启动时充电时间小于3S。

　　综合考虑 C2 选取25v/100uf（芯片资料推荐值大于47uf），R7 使用36Ω，由于不同的输出滤波电容，不同的变压器，在整机调整时再最终确定R7 C2 值。

　　工作原理：芯片正常工作时，5VREF 节点电压为5V,则Q15 栅源电压Vgs=4.3V。此时Q15导通，则D33 阳极被拉低接近0V,此时D33 反偏，没有电流流过D33。当出现短路时，辅助供电电路电压降低，无法给芯片UC3844 供电。此时芯片UC3844 消耗电容C2 存储的能量，当C2 电压低于芯片UC3844 的下限电压Uoff 后，芯片停止工作，电源被保护。UC3844 停止工作后，5VREF 点电压为0V，电容C101 经过R73 放电。当C101 电压低于Q15 开启电压Vth 后Q15 关闭，然后D33 转向正向导通，通过启动电阻对电容C101 充电，当充电电压达到UC3844 的Vth 电压后，电源再次启动。

　　短路持续时间：从短路开始到电容C2 电压降低到UC3844 下限电压所用的时间，时长取决与正常工作时工作电压和C2 容量以及UC3844 芯片功耗。

　　打嗝保护时间由两部分组成:电容C101 经过R73 放电到电压低于Q15 开启电压Vth 的时间T1，和启动电阻对电容C2 充电到UC3844 芯片Vth 电压的时间T2。

　　分析可得，电容C2 取值不易过大，满足启动要求即可，否则短路持续时间会比较长。如果整个变压器利用率很低，整个电源输出功率很小。